暢 凱

(山西路橋第五工程有限公司，山西 太原 030000)

隧道大管棚超前支護(hù)形式在隧道洞口段及淺埋洞身段較為常用，該支護(hù)技術(shù)能增強(qiáng)較淺隧道覆蓋層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證順利掘進(jìn)。此技術(shù)支護(hù)原理主要在于按照設(shè)計(jì)間距和角度將鋼管打入隧道洞頂輪廓線外環(huán)向，其中鋼管主要發(fā)揮縱向支撐作用，鋼拱架則主要起到橫向環(huán)形支撐的作用。再結(jié)合鋼管內(nèi)壓力注漿的方式將破碎巖石、鋼管、鋼拱架等材料、結(jié)構(gòu)固結(jié)為大鋼度結(jié)構(gòu)體，最終達(dá)到抑制圍巖變形、抵擋圍巖壓力并提高結(jié)構(gòu)自穩(wěn)能力等目的，為隧道順利開挖掘進(jìn)施工提供安全保證。

1 工程概況

H隧道工程中心里程DK150+500，起訖樁號DK150+500～DK152+560，長度為2.06 km，隧道全線均為9.8‰的向上坡度，進(jìn)口段位于R=1 200 m的曲線段，其余段均為直線段。DK150+490～+515段埋深5.2～10.8 m，屬于淺埋段，巖體較為堆積且圍巖松散，富水條件較好，力學(xué)性能差，掘進(jìn)過程中發(fā)生坍塌冒頂事故的可能性非常大，掘進(jìn)施工難度系數(shù)高。

2 施工方案

考慮到該隧道淺埋段地質(zhì)條件不良，安全施工風(fēng)險(xiǎn)大，必須采取有效的超前支護(hù)方式控制開挖圍巖沉降變形，避免圍巖坍塌。項(xiàng)目組結(jié)合工程地質(zhì)情況及現(xiàn)有施工技術(shù)水平，經(jīng)多次論證后最終確定采用拱部大管棚+全環(huán)格柵鋼架+壓力注漿的支護(hù)措施。格柵鋼架按照1.5 m的縱向間距布設(shè)，25 m長的大管棚設(shè)置在格柵鋼架拱部，管棚鋼管采用壁厚6 mm的φ89 mm鋼管；每環(huán)25根，且設(shè)計(jì)環(huán)向間距40 cm。為保證接頭錯(cuò)開，管棚鋼管按照6 m和3 m兩種長度設(shè)計(jì)，管段及管節(jié)間連接采用套管絲扣，以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和垂直度。按設(shè)計(jì)間距和孔徑在鋼管壁面開設(shè)注漿孔。為起到二次加強(qiáng)的作用，鋼管內(nèi)增設(shè)鋼筋籠，其主筋采用3根φ16 mm螺紋鋼，并將壁厚4 mm、長4 cm的φ45 mm鋼環(huán)與主筋焊接。為提升大管棚鉆孔施工精度，還應(yīng)施做徑向厚度與縱向長度均為1 m的導(dǎo)向墻，墻內(nèi)埋設(shè)1.5 m長、5 mm厚的φ108 mm導(dǎo)向鋼管，其埋入圍巖及導(dǎo)向墻內(nèi)的深度分別控制在50 cm和100 cm。

3 大管棚超前支護(hù)施工

為確保順利施工，應(yīng)采取錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)措施進(jìn)行刷坡后堆積土處理，支護(hù)材料主要為長4 m的φ22砂漿錨桿，并按1.5 m×1.5 m間距呈梅花形設(shè)置；噴射10 cm厚、強(qiáng)度等級C20的混凝土；按照25 cm×25 cm間距在坡面滿鋪φ8 mm規(guī)格的鋼筋網(wǎng)。

3.1 導(dǎo)向墻施工

按照施工方案進(jìn)行線路中線水平測量，并將中心線和導(dǎo)向墻開挖輪廓線標(biāo)出。為避免造成較大擾動，應(yīng)以人工和風(fēng)鎬配合的方式開挖，在圍巖掘進(jìn)至與導(dǎo)向墻相距8 m的情況下預(yù)留核心土開挖。結(jié)合管棚支護(hù)施工要求，應(yīng)按照1.5 m的深度確定DK150+465～490段拱部開挖輪廓，為導(dǎo)向墻澆筑提供鉆進(jìn)施工工作面。管棚施工過程中因擴(kuò)挖而形成的空洞必須通過與襯砌施工相同強(qiáng)度等級的C35混凝土回填。還應(yīng)將2道2榀格柵鋼架按照0.5 m間距設(shè)置在導(dǎo)向墻內(nèi)，并保證鋼架下端地層的穩(wěn)定性，以增強(qiáng)導(dǎo)向墻結(jié)構(gòu)剛度。格柵鋼架之間還應(yīng)按照1.0 m間距增設(shè)Φ20 mm縱向環(huán)向連接鋼筋，并與鋼架牢固焊接。超深開挖拱腳的過程中，必須增設(shè)混凝土墊塊或鋼板。

完成格柵鋼架架設(shè)后進(jìn)行導(dǎo)向管埋設(shè)施工，導(dǎo)向管為1.5 m長、壁厚5 mm、φ108 mm的無縫鋼管，導(dǎo)向管設(shè)置的環(huán)向間距必須與管棚間距保持一致，設(shè)計(jì)埋深為圍巖內(nèi)50 cm、導(dǎo)向墻內(nèi)100 cm；導(dǎo)向管軸線應(yīng)和隧道軸線保持1.5°夾角，導(dǎo)向管軸線和開挖輪廓線的距離為25 cm。為避免混凝土灌注過程中導(dǎo)向管出現(xiàn)移位和偏斜，必須將Ф16 mm鋼筋焊接在格柵鋼架之上，以起到封堵導(dǎo)向管、防止混凝土砂漿進(jìn)入的作用。

導(dǎo)向墻模板采用4 cm厚度的模板，并通過加背撐的方式結(jié)合扒釘和鋼釘加固連接?；炷劣砂韬险炯邪韬筒⒂晒捃囘\(yùn)輸供應(yīng)，澆筑時(shí)從拱腳兩側(cè)開始按次序?qū)ΨQ澆筑，直到拱頂。待混凝土澆筑結(jié)束、按要求養(yǎng)生及強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后將模板拆除。

3.2 鉆孔

結(jié)合設(shè)計(jì)進(jìn)行孔位編號，應(yīng)用KQL型鉆機(jī)和直徑108 mm的鉆頭從高孔位向低孔位的次序依次鉆孔，為保證鋼管安裝過程的順利進(jìn)行，應(yīng)先安裝奇數(shù)孔后安裝偶數(shù)孔。鉆機(jī)施工平臺搭設(shè)前必須根據(jù)所承載機(jī)具、施工材料和人員重量等進(jìn)行載荷試驗(yàn)，保證穩(wěn)定牢固連接，避免施鉆過程中發(fā)生擺動、不均勻沉降、位移等事故，影響鉆孔及鋼管安裝質(zhì)量。

鉆機(jī)就位的過程中必須綜合使用掛線、全站儀、鉆桿導(dǎo)向相結(jié)合的技術(shù)加強(qiáng)調(diào)整，保證鉆機(jī)鉆桿軸線始終與導(dǎo)向軸線相一致。在鉆進(jìn)施工開始后，應(yīng)先以低速低壓方式鉆進(jìn)，等成孔距離在10 m以上后再根據(jù)鉆孔出屑及取芯情況所反映的實(shí)際地質(zhì)條件進(jìn)行鉆速和鉆壓調(diào)整；鉆進(jìn)期間必須加強(qiáng)鉆孔孔位及鉆速等的測定，嚴(yán)格糾正超限誤差，并結(jié)合鉆進(jìn)狀態(tài)進(jìn)行成孔質(zhì)量的預(yù)判。成孔后必須立即清孔、下管，避免發(fā)生塌孔、孔內(nèi)落入雜物等情況的發(fā)生。

3.3 管棚加工

長管棚選用前端錐形、尾部加焊Φ10 mm加勁箍筋的壁厚6 mm、直徑89 mm的熱軋無縫鋼管，為使接頭錯(cuò)開，長度按3 m和6 m兩種設(shè)置，并通過20 cm長度的連接套管絲扣牢固連接。按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行無縫鋼管外壁注漿花紋加工，加工好后按照15 cm間距4個(gè)一排按梅花形設(shè)置，鋼管尾部留出2.0 m長度不鉆孔。3 m長管棚鋼管加工情況詳見圖1。

圖1 3 m長管棚鋼管加工示意圖

3.4 鋼筋籠制安

進(jìn)行管棚安裝前必須通過高壓風(fēng)將孔內(nèi)雜物徹底清除，并再次測量孔徑和孔深，保證孔徑為108 mm。通過機(jī)械頂進(jìn)方式安裝管棚并逐節(jié)接長處理，節(jié)段之間通過連接套管以絲扣方式扣緊。采用3根Φ16 mm螺紋鋼以搭接方式制作主鋼筋籠，搭接長度控制在16～18 cm范圍內(nèi)，固定環(huán)為壁厚4 mm的Φ45 mm鋼環(huán)，按照150 cm間距和主鋼筋籠焊接。安裝示意詳見圖2。

圖2 主鋼筋籠安裝示意圖

安裝鋼管前逐孔逐根編號，編號為奇數(shù)和偶數(shù)的首節(jié)管段應(yīng)分別采用長3 m和長6 m的鋼管，此后各節(jié)均采用長6 m的鋼管，以便錯(cuò)開鄰管接頭。主鋼筋籠的吊裝和管棚鋼管安裝均通過挖掘機(jī)進(jìn)行。將1節(jié)長度1 m的Φ108 mm×6 mm鋼管套接在鋼管尾部以起到保護(hù)作用，頂進(jìn)鋼管至鋼管前部外露段長度剩余20 cm時(shí)將保護(hù)套管取下，同時(shí)吊接長鋼管就位，再以焊接方式接長主鋼筋籠，并通過20 cm長的套管絲扣將兩段管節(jié)相連，重復(fù)以上過程，直至完成頂進(jìn)施工。

3.5 注漿

正式注漿前應(yīng)通過濕噴C25混凝土的方式將開挖面封閉并形成止?jié){墻，再在鋼管口處加焊鋼板封堵，預(yù)留注漿管。注漿結(jié)束后應(yīng)用速干水泥砂漿將導(dǎo)向管和管棚間的空隙封堵。本隧道管棚超前支護(hù)施工采用臥式攪拌機(jī)進(jìn)行水泥漿拌和，配合以兩臺BW-250/50型注漿泵進(jìn)行注漿施工，漿液水灰比控制在0.6～1.0之間。注漿開始前必須通過室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證漿液配比、注漿壓力等參數(shù)設(shè)置的合理性，考慮到該淺埋隧道實(shí)際地質(zhì)條件，在確定漿液配比時(shí)必須充分考慮漿液擴(kuò)散半徑及圍巖裂隙發(fā)育情況；注漿壓力確定時(shí)應(yīng)結(jié)合巖層性質(zhì)、注漿材料及地下水情況，本隧道初始注漿壓力和終壓分別按照0.8～1.0 MPa和1.5～2.0 MPa控制。按照從低位孔到高位孔的次序逐孔注漿，且漿液應(yīng)先稀后濃、漿液量應(yīng)先大后小。

待注漿施工至和導(dǎo)向管間的空隙持續(xù)有水泥漿液溢出時(shí)停止注漿，并待注漿壓力達(dá)到終壓且持續(xù)20 min以上時(shí)結(jié)束注漿，效果圖見圖4。

圖4 注漿效果

4 結(jié) 論

綜上所述，H隧道淺埋段在采用大管棚超前支護(hù)技術(shù)后松散土體固結(jié)效果良好，通過大管棚圍巖支護(hù)施工，使注漿體和管棚有效粘結(jié)并形成大剛度穩(wěn)固性整體受力結(jié)構(gòu)，且在開挖輪廓線外側(cè)形成環(huán)向支撐體，可有效承載圍巖結(jié)構(gòu)壓力，阻止松散結(jié)構(gòu)坍塌，為隧道開挖掘進(jìn)施工的順利進(jìn)行提供了保證。大管棚超前支護(hù)技術(shù)在淺埋隧道施工中的成功應(yīng)用是新奧法與其余施工措施的完美結(jié)合，對于類似隧道工程開挖掘進(jìn)施工具有很強(qiáng)的借鑒參考價(jià)值。